JP6558872B2 - 集約装置、無線通信システム、通信順番・ウェイク時間決定方法及び通信順番・ウェイク時間決定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、集約装置、無線通信システム、通信順番・ウェイク時間決定方法及び通信順番・ウェイク時間決定プログラムに関し、例えば、１つの集約装置を中心に、１または複数の装置（以下、子装置と呼ぶ）を接続する無線通信システムにおける省電力通信に適用し得るものである。

他の無線通信装置からの信号の待ち受けを間欠的に行うことによって、信号待ち受けに要する電力消費の低減する方法が、種々提案されている（特許文献１〜特許文献３）。

信号の待ち受けを間欠的に行っても通信が適切になされるためには、受信装置が信号を待ち受けているときに送信信号からの信号が到来することにより、通信を効率的に行うことができる。

特許文献１には、定期的に送信されるポーリング信号に基づいて、送信装置及び受信装置のタイマ間を同期させることが記載されている。特許文献２には、無線装置が正確な時計を備えた時刻管理部を内蔵し、起動時に受信した同期信号で時刻管理部を初期設定することにより、複数の無線装置の時刻を揃えるようにすることが記載されている。特許文献３には、単純に装置間に固定時間間隔の周期で起動時間を決めて送受信することが記載されている。

特開平５−２９２５６９ 特開２００８−３０６６５７ 特開平８−３３１０３９

特許文献１〜特許文献３の記載方法はいずれも、特定の値に固定したタイマによって送受信時間の整合を行うことを基準とした方法ということができる。

しかし、このような従来方法では、通信経路が増加した際等に対応が難しいものであった。すなわち、通信経路が増加した際に、従来方法では、様々な通信経路や装置数毎に最適化したタイミングを規定することは難しいため、個々の経路のみに特化させた消費電力の低減方法に適用するものとなる。そのため、例えば、ある無線通信装置が対応する経路が複数ある場合には、ある経路が待ち受け期間以外で省電力しようとしても、他の経路について信号待ち受け期間にしなければならないことも生じる。待ち受け時間も、各経路についての個別制御では重複することも多く発生し、通信に失敗することも生じる。待ち受け時間の複数経路の重複を避けようとする、待ち受け時間の間隔を長くすることも考えられるが、このようにすると通信効率が悪くなってしまう。

そのため、信号の間欠的な待ち受け時間による、システム全体の省電力効果を高めることができる集約装置、無線通信システム、通信順番・ウェイク時間決定方法及び通信順番・ウェイク時間決定プログラムが望まれている。

第１の本発明は、Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置であって、（１）上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行うものであり、（２）上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置が上記Ｎ個の無線通信装置から情報を集約する以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知し、（３）上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせ、（４）上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させることを特徴とする。

第２の本発明は、集約装置と、中継動作を行う無線通信装置と、当該中継動作を行う無線通信装置を介して集約装置と通信を行うエンドノードの無線通信装置とを備える無線通信システムにおいて、上記集約装置として、第１の本発明の集約装置を適用し、上記中継動作を行う無線通信装置と上記エンドノードの無線通信装置の総数がＮ個であることを特徴とする。

第３の本発明は、Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置に使用する通信順番・ウェイク時間決定方法であって、（１）上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行うように決定するものであり、（２）上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置とが通信を行う以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知し、（３）上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせ、（４）上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させることを特徴とする。

第４の本発明は、Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置に搭載されるコンピュータを、（１）上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行う第１の制御手段と、（２）上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置が上記Ｎ個の無線通信装置から情報を集約する以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知する第２の制御手段と、（３）上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせる第３の制御手段と、（４）上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させる第４の制御手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、信号の間欠的な待ち受け時間（ウェイク時間）による、システム全体の省電力効果を高めることができる集約装置、無線通信システム、通信順番・ウェイク時間決定方法及び通信順番・ウェイク時間決定プログラムを実現できる。

実施形態の無線通信システムにおけるコーディネータ、ルータ及びエンドノードの内部構成を示すブロック図である。 実施形態の無線通信システムの動作説明に用いるツリートポロジー例を示す説明図である。 実施形態の無線通信システムにおけるコーディネータを含めた各ノードのスリープ時間、ウェイク時間の変化例を示すタイミングチャートである。 実施形態の無線通信システムにおける各ノードからのデータの収集順序を定める処理を示すフローチャートである。 実施形態の無線通信システムにおけるコーディネータの制御部が実行する、各ノードからのデータの収集順序を定める処理で適用されるテーブルを示す説明図である。 実施形態の無線通信システムにおける各ノードからのデータの収集順序を定 める処理の説明に用いるツリートポロジーを示す説明図である。 実施形態の無線通信システムにおけるコーディネータの制御部が実行する、 各ノードからのデータの収集順序を定める処理で適用される、図６のトポロジーについてのテーブルを示す説明図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による集約装置、無線通信システム、通信順番・ウェイク時間決定方法及び通信順番・ウェイク時間決定プログラムの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ａ−１）実施形態の構成
実施形態の無線通信システムは、ツリートポロジーを採用している、センサネットワーク等に適用し得るマルチホップ無線ネットワークである。実施形態の無線通信システムは、コーディネータ、ルータ及びエンドノードの各無線通信装置をノードとして備えている。

図１は、コーディネータ、ルータ及びエンドノードの内部構成を示すブロック図である。図１は、ルータ及びエンドノードについては、１個ずつ代表させて示している。また、以下では、コーディネータからルータやエンドノードへの通信方向を下り方向、ルータやエンドノードからコーディネータへの通信方向を上り方向と呼ぶこともある。

コーディネータ１０は、当該無線通信システム１におけるデータの唯一の集約装置として設けられている。すなわち、ツリートポロジーのルートノードになっている。図１において、コーディネータ１０は、制御部１１、第１の通信部１２、第２の通信部１３、記憶部１４及び電源部１５を有する。

制御部１１は、ＣＰＵやプログラムメモリ等を有するマイクロコンピュータ等で構成され、コーディネータ１０の各部を制御すると共に、コーディネータ１０としての機能を発揮するものである。

制御部１１は、リンク確立・経路確立のためのコーディネータ１０としての機能部１１ａ、無線通信システム１全体の同期をとるためのコーディネータ１０としての機能部１１ｂ、配下の各ノード（ルータやエンドノード）からデータを収集する順番や省電力モードを解除している時間（ウェイク時間）を決定し、通知する機能部１１ｃ等を有する。例えば、機能部１１ｂにはタイマ機能も含まれている。

第１の通信部１２は、当該コーディネータ１０と中継ノードを介さないで直接通信する配下の各ノードと無線通信を行うものである。この実施形態の場合、変調方式や周波数帯には特徴がないので、その説明は省略する。

第２の通信部１３は、外部装置（例えば、有線の外部ネットワーク網）と通信するものである。第２の通信部１３は、例えば、外部装置から与えられた下り方向のデータを受信し、外部装置へ上り方向のデータを送信する。

記憶部１４は、制御部１１による作業を実施するための記憶部である。記憶部１４は、コーディネータ特有の管理機能部分を実現するための記憶エリアを有する。記憶部１４は、例えば、ツリー構造のデータを記憶する記憶エリア、配下の各ノードにおけるタイミングずれ情報若しくは同期のための修正情報を記憶する記憶エリア、配下の各ノードにおけるウェイク時間及びスリープ時間をとるタイミングを記憶する記憶エリア等を有する。

電源部１５は、外部電源から、当該コーディネータの各部に供給する動作電源を得るものである。

ルータ２０は、当該無線通信システム１における中継機能をも有するノードである。すなわち、ルータ２０は、当該ルータ２０を送信元、宛先としたデータ通信を実行することもあれば、他のノード（コーディネータ、ルータ若しくはエンドノード）を送信元、宛先としたデータ通信を中継することもあるものである。図１において、ルータ２０は、制御部２１、第１の通信部２２、第２の通信部２３、記憶部２４及び電源部２５を有する。

制御部２１は、ＣＰＵやプログラムメモリ等を有するマイクロコンピュータ等で構成され、ルータ２０の各部を制御すると共に、ルータ２０としての機能を発揮するものである。

制御部２１は、リンク確立・経路確立のためのルータ２０としての機能部２１ａ、コーディネータ１０側のタイマと同期をとるための機能部２１ｂ、コーディネータ１０から指示された期間だけ省電力モードを解除させる機能部２１ｃ等を有する。例えば、機能部２１ｃにはタイマ機能も含まれている。

第１の通信部２２は、当該ルータ２０と中継ノードを介さないで直接通信する他のノードと無線通信を行うものである。他のノードは、下り方向の他のノードと上り方向の他のノードとがあり、下り方向の他のノードは複数あることもあり得る。

第２の通信部２３は、外部装置（例えば、有線の外部ネットワーク網やセンサデバイス）と通信するものである。第２の通信部２３は、例えば、外部装置から与えられた上り方向のデータを受信し、外部装置へ下り方向のデータを送信する。

記憶部２４は、制御部２１による作業を実施するための記憶部である。記憶部２４は、ルータ特有の管理機能部分を実現するための記憶エリアを有する。記憶部２４は、例えば、１ホップ転送が可能な周辺ノードの通信データを記憶する記憶エリア、コーディネータ１０から通知された当該ルータ２０のタイミングずれ情報を記憶する記憶エリア等を有する。なお、コーディネータ１０から指示された省電力モードを解除する期間の情報は、上述した機能部２１ｃが保持する。

電源部２５は、外部電源から、当該コーディネータの各部に供給する動作電源を得るものである。ルータ２０の場合には、電源部２５に代えて、電池を搭載したものであっても良い。

この実施形態は、ルータ２０も省電力モードを有することを特徴としている。因みに、従来のルータは、中継機能をも担っているため、省電力モードを有するものがなかった。ルータ２０においては、省電力モードでは、アウェイクのタイミングを監視する制御部２１の一部を除いて、ルータ２０内の各部がスリープ状態となる。後述するように、ルータ２０が省電力モードを有していても、当該ルータが中継する通信で不都合が生じることはない。

エンドノード３０は、当該無線通信システム１のツリートポロジーの末端としての通信のみを行うノードである。すなわち、エンドノード３０は、自己を宛先とする下り方向のデータを受信するが、下り方向のデータを中継することはなく、自己を送信元とする上り方向のデータを送信するが、上り方向のデータを中継することもないものである。図１において、エンドノード３０は、制御部３１、第１の通信部３２、第２の通信部３３、記憶部３４及び電源部３５を有する。

制御部３１は、ＣＰＵやプログラムメモリ等を有するマイクロコンピュータ等で構成され、エンドノード３０の各部を制御すると共に、エンドノード３０としての機能を発揮するものである。

制御部３１は、リンク確立・経路確立のためのエンドノード３０としての機能部３１ａ、コーディネータ１０側のタイマと同期をとるための機能部３１ｂ、コーディネータ１０から指示された期間だけ省電力モードを解除する機能部３１ｃ等を有する。例えば、機能部３１ｃにはタイマ機能も含まれている。

第１の通信部３２は、当該エンドノード３０と中継ノードを介さないで直接通信する他のノードと無線通信を行うものである。他のノードは、上り方向の他のノードである。

第２の通信部３３は、外部装置（例えば、有線の外部ネットワーク網やセンサデバイス）と通信するものである。第２の通信部３３は、例えば、外部装置から与えられた上り方向のデータを受信し、外部装置へ下り方向のデータを送信する。

記憶部３４は、制御部３１による作業を実施するための記憶部である。記憶部３４は、エンドノード特有の管理機能部分を実現するための記憶エリアを有する。記憶部３４は、例えば、コーディネータ１０から通知された当該エンドノード３０のタイミングずれ情報を記憶する記憶エリア等を有する。なお、コーディネータ１０から指示された省電力モードを解除する期間の情報は、上述した機能部３１ｃが保持する。

電源部３５は、外部電源から、当該コーディネータの各部に供給する動作電源を得るものである。エンドノード３０の場合には、電源部３５に代えて、電池を搭載したものであっても良い。

エンドノード３０は、省電力モードをとることもある。エンドノード３０においては、省電力モードでは、アウェイクのタイミングを監視する制御部３１の一部を除いて、エンドノード３０内の各部がスリープ状態となる。後述するように、エンドノード３０がウェイク状態では、当該エンドノード３０を収容するルータ２０（若しくはコーディネータ１０）もウェイク状態であり、当該エンドノード３０を送信元又は宛先とする通信が阻害されないようになされている。

なお、ルータ２０やエンドノード３０は、ルータ専用の装置やエンドノード専用の装置と構成されたものであっても良い。また、同じ装置が、リンク確立・経路確立動作で中継機能をも担う場合にルータ２０として機能し、中継機能を担わない場合にエンドノード３０として機能するように構成されたものであっても良い。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態の無線通信システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。

まず、ツリートポロジーが図２に示すトポロジーの場合を例に、実施形態の無線通信システム１の動作を説明する。図２の例は、コーディネータＣＤ（１０）と５個のノードＮＤ−１〜ＮＤ−５とでなる無線通信システム１であり、最初に確立されたツリートポロジーが図２（Ａ）に示すトポロジーであり、その後の通信状況の変化によって、図２（Ｂ）に示すトポロジーに変化したとする。図２（Ａ）に示すツリートポロジーでは、ノードＮＤ−２及びＮＤ−３がルータ（２０）であって、ノードＮＤ−１、ＮＤ−４及びＮＤ−５がエンドノード（３０）である。図２（Ｂ）に示すツリートポロジーでは、ノードＮＤ−１及びＮＤ−３がルータ（２０）であって、ノードＮＤ−２、ＮＤ−４及びＮＤ−５がエンドノード（３０）である。

図３は、コーディネータＣＤを含めた各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のスリープ時間、ウェイク時間の変化を示すタイミングチャートである。なお、この実施形態の場合、コーディネータＣＤは常時ウェイク状態にある。

実施形態の無線通信システム１は、１日１回（例えば午前０時）など所定周期で当該無線通信システム１の初期化を行う。また、ノードの増廃設を検知したときや、保守者からコーディネータＣＤに対して初期化指令が与えられたときなどにも、当該無線通信システム１の初期化を行う。

無線通信システム１において、初期化処理に入ると、コーディネータＣＤの制御下で全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５をウェイク状態にし、このような状況において、コーディネータＣＤの制御下で、全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５が協働してリンク確立・経路確立動作が実行される（ステップＳ１００）。この実施形態の場合、リンク確立・経路確立動作には特徴はなく、既存のリンク確立・経路確立方法を適用することができる。リンク確立・経路確立方法として、例えば、ＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）プロトコルを適用することができる。上述したように、最初のリンク確立・経路確立動作では、図２（Ａ）に示すツリートポロジーが形成されたとする。

次に、無線通信システム１は、コーディネータＣＤの制御下で、全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のタイマをコーディネータＣＤのタイマに同期させる（ステップＳ１０１）。すなわち、コーディネータＣＤが各ノードのタイミングを設定（若しくは再設定）することにより、個々のノードのタイミングずれを解消させる。この実施形態の場合、タイマの同期化動作には特徴はなく、既存のタイマの同期化方法を適用することができる。コーディネータＣＤやノードＮＤ−１〜ＮＤ−５が搭載しているタイマの種類によっては（電波時計やＧＰＳからの電波を利用しているタイマなど）、タイマの同期化動作を省略するようにしても良い。

その後、コーディネータＣＤは、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集する順序と、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを１回ずつ収集するための全収集単位時間内における、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のウェイク時間のタイミングとを定め、定めたタイミング情報と、全収集単位時間の開始時刻の周期情報と、初回の全収集単位時間の開始時刻とを各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５にそれぞれ通知する（ステップＳ１０２）。この通知方法は、限定されるものではなく、例えば、マルチキャスト送信を適用することができる。各ノードは、例えば、マルチキャスト情報を受信し、初回の全収集単位時間の開始時刻と、全収集単位時間の開始時刻の周期情報と自己のウェイク時間のタイミングを設定したノードは、受信情報をさらにマルチキャスト送信し、その後、スリープ状態に移行する。但し、エンドノードがエンドノードであることを知得している場合であれば、マルチキャスト送信を省略しても良い。

また、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集する順序の情報は、コーディネータＣＤが内部で管理し、収集要求を送出する際に参照する。なお、各ノードが自律的に送信するシステムにしても良く、この場合には、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５が、通知されたウェイク時間から送信タイミングを判断するようにしても良く、ウェイク時間内の送信タイミングをコーディネータＣＤが各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５に通知するようにしても良い。

その後、最初の全収集単位時間になると、コーディネータＣＤは全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集する（Ｓ１０３−１）。その後、一定周期で生じる全収集単位時間毎に、コーディネータＣＤは全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集することを繰り返す（Ｓ１０３−２、…）。

新たな初期化を行うタイミングになると、若しくは、コーディネータＣＤがノードの増廃設を検知すると、若しくは、保守者からコーディネータＣＤに対して初期化指令が与えられると、当該無線通信システム１は新たな初期化を開始する。

このときも、上述と同様に、コーディネータＣＤの制御下で、全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５が協働してリンク確立・経路確立動作を実行し（ステップＳ１０４）、コーディネータＣＤの制御下で、全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のタイマをコーディネータＣＤのタイマに同期させ（ステップＳ１０５）、コーディネータＣＤは、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集する順序と、全収集単位時間内における、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のウェイク時間のタイミングとを定め、定めたタイミング情報と、全収集単位時間の開始時刻の周期情報と、初回の全収集単位時間の開始時刻とを各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５にそれぞれ通知する（ステップＳ１０６）。その後、新たな初期化処理後の最初の全収集単位時間になると、コーディネータＣＤは全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集する（Ｓ１０７−１）。その後、一定周期で生じる全収集単位時間毎に、コーディネータＣＤは全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からデータを収集することを繰り返す。

図３の後半部分は、ステップＳ１０４のリンク確立・経路確立動作で、図２（Ｂ）に示すツリートポロジーが確立された場合を示している。

この実施形態の場合、コーディネータＣＤがあるノードＮＤ−ｘ（ｘは１〜５）にデータを要求し、それに応じて、ノードＮＤ−ｘがコーディネータＣＤにデータを返信する動作にも、マージンを含めた単位時間（以下、個別収集単位時間と呼ぶ）が定まっている。図２の例の場合、ノード数は５であるので、全収集単位時間を、個別収集単位時間の５倍より長く設定する。例えば、個別収集単位時間を０．５秒（なお、この具体的な時間は、説明の便宜のために定めた時間である）に設定した場合に、マージンをも持たせて、全収集単位時間を２．５秒より長く選定する。例えば、全収集単位時間を５秒に設定する。このような場合、コーディネータＣＤは、初回の全収集単位時間の開始時刻ＸＸ時ＹＹ分ＺＺ秒と、全収集単位時間の開始時刻の周期「５秒」と、全収集単位時間内における各ノードのウェイク時間とを、全てのノードＮＤ−１〜ＮＤ−５に通知する。ウェイク時間は、該当するノードにだけ通知する。

図２（Ａ）に示すツリートポロジーが有効なとき（但し、個別収集単位時間が０．５秒であったとする）、全収集単位時間における開始時点からの経過時間で表すと、図３のステップＳ１０３−１、Ｓ１０３−２に示すように、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−１のウェイク時間は２．０秒〜２．５秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−２のウェイク時間は０．０秒〜２．０秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−３のウェイク時間は０．０秒〜１．０秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−４のウェイク時間は１．０秒〜１．５秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−５のウェイク時間は０．０秒〜０．５秒の期間である。

図３のステップＳ１０３−１、Ｓ１０３−２において、エンドノードであるノードＮＤ−１は、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間２．０秒〜２．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信する。同様に、エンドノードであるノードＮＤ−４も、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間１．０秒〜１．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、エンドノードであるノードＮＤ−５も、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間０．０秒〜０．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信する。

これに対して、図３のステップＳ１０３−１、Ｓ１０３−２において、ルータであるノードＮＤ−２は、ウェイク時間０．０秒〜２．０秒のうちの最後の０．５秒間（１、５秒〜２．０秒の期間）で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、それ以前の０．０秒〜１．５秒のウェイク期間は中継動作を実行する。同様に、ルータであるノードＮＤ−３は、ウェイク時間０．０秒〜１．０秒のうちの最後の０．５秒間（０、５秒〜１．０秒の期間）で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、それ以前の０．０秒〜０．５秒のウェイク期間は中継動作を実行する。

図３の前半では、以上のように、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５は全収集単位時間内のコーディネータＣＤから指示された時間にウェイク状態となり、中継動作や収集要求に応じたデータの送信を行う。

一方、図２（Ｂ）に示すツリートポロジーが有効なとき、図３のステップＳ１０７−１に示すように、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−１のウェイク時間は０．０秒〜２．０秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−２のウェイク時間は２．０秒〜２．５秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−３のウェイク時間は０．０秒〜１．０秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−４のウェイク時間は１．０秒〜１．５秒の期間であり、全収集単位時間内におけるノードＮＤ−５のウェイク時間は０．０秒〜０．５秒の期間である。

図３のステップＳ１０７−１において、エンドノードであるノードＮＤ−２は、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間２．０秒〜２．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信する。同様に、エンドノードであるノードＮＤ−４も、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間１．０秒〜１．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、エンドノードであるノードＮＤ−５も、個別収集時間と同じ時間長のウェイク時間０．０秒〜０．５秒の間で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信する。

これに対して、図３のステップＳ１０７−１において、ルータであるノードＮＤ−１は、ウェイク時間０．０秒〜２．０秒のうちの最後の０．５秒間（１、５秒〜２．０秒の期間）で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、それ以前の０．０秒〜１．５秒のウェイク期間は中継動作を実行する。同様に、ルータであるノードＮＤ−３は、ウェイク時間０．０秒〜１．０秒のうちの最後の０．５秒間（０、５秒〜１．０秒の期間）で、コーディネータＣＤからのデータ要求に応じて、コーディネータＣＤにデータを返信し、それ以前の０．０秒〜０．５秒のウェイク期間は中継動作を実行する。

図３の後半でも、以上のように、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５は全収集単位時間内のコーディネータＣＤから指示された時間にウェイク状態となり、中継動作や収集要求に応じたデータの送信を行う。

次に、全収集単位時間内における、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からのデータの収集順序を定める処理を説明する。収集順序が定まった場合には、収集順序に基づいて、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のウェイク時間を後述するように定めることができる。以下に説明する決定処理は、中継ノードにおけるウェイク時間を最短にする方法となっている。

図４は、各ノードからのデータの収集順序を定める処理を示すフローチャートである。図５は、コーディネータＣＤ（１０）の制御部１１が実行する、各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５からのデータの収集順序を定める処理で適用されるテーブルを示す説明図であり、図５（Ａ）は、図２（Ａ）のツリートポロジーの場合のテーブルであり、図５（Ｂ）は、図２（Ｂ）のツリートポロジーの場合のテーブルである。図２のトポロジーは、収集順序を定める際の変化が乏しいので、以下の説明では、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、ノードを１６個有するツリートポロジーを示しており（以下、ノードの符号としてＮＤ−１〜ＮＤ−１６を用いる）、図７は、図６の各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−１６からのデータの収集順序を定める処理で適用されるテーブルを示す説明図である。

ステップＳ２０１：全てのノードのそれぞれについて、ホップ数（コーディネータからのホップ数であっても良く、また、コーディネータからの転送で中継ノードを介する回数であっても良く、図７は後者の場合を示している）と、下り方向に見て中継元であるホップ元を記述したテーブルを用意する。この用意された時点では、図７の１列目から３列目が形成される。

ステップＳ２０２：ホップ数の多い順から順番に番号を付与し、収集順序を仮決定する。なお、同一ホップ数のノードに対する順番をどのように振っても良いが、図７の例ではノードの識別番号が若い方の順番を優先させている。図７の４列目は、このステップＳ２０２の処理により形成された情報を示している。

ステップＳ２０３：順番の確定処理が終了していないホップ数の中で、最も大きいホップ数を着目ホップ数とし、着目ホップ数のある１つのノードに着目し（順番が若い順に着目していく）、着目ノードとホップ元ノードと間の経路に着目する。そして、ホップ元ノードからの別の経路（下り方向の経路）があれば、その当該経路及び別の経路を優先させる。このようなホップ元ノードが共通な経路の優先処理によって、優先経路に係るノードの順番が繰り上げられ、非優先の経路に係るノードの順番は繰り下げられる。

なお、別の経路がない場合には、後述するステップＳ２０４の処理に直ちに移行する。

ホップ数が「４」であるノードＮＤ−１４又はＮＤ−１５が着目ノードとなったときには、ホップ元ノードからの別の経路がないので、ステップＳ２０３に直ちに移行する。

仮に、ホップ数が「３」であるノードＮＤ−１１が着目ノードとなったときには、ホップ元ノードＮＤ−６からノードＮＤ−１２及びＮＤ−１６への別の経路が存在するので、これら別の経路がノードＮＤ−７及びノードＮＤ−１０間の経路より優先される。

ステップＳ２０４：優先経路の割り付けが終了したら（優先割り付けが不要な場合を含む）、ホップ元ノードの順番を、そのホップ元ノードからの全ての優先経路のノードに割り付けた最後の順番の次の順番に変更する。ホップ元ノードの優先化により、ホップ元ノードの変更前の順番より若い順番だった他のノードの順番を１ずつ繰り下げる。
図７の「１１Ｒ先行」と記載されている列は、ホップ数が「４」であるノードＮＤ−１５及びＮＤ−１６に対する、ステップＳ２０４の優先割り付けを行った後の順番の変更を示している。
図７の「６Ｒ先行」と記載されている列は、ホップ数が「３」であるノードが着目ノードとなった場合を示している。ノードＮＤ−１６は、ステップＳ２０３の優先経路の割り付け処理により、ノードＮＤ−１０より若い順番になった。また、ノードＮＤ−６は、当該ステップＳ２０４のホップ元ノードに対する優先化により、ノードＮＤ−１０より若い順番になった。

ステップＳ２０５：優先化されたホップ元ノードに至る経路、並びに、その経路と同じホップ元ノードを有する経路を優先させる。この際、ステップＳ２０３と同様に、優先経路内の最若番の経路に注目して優先順位を付与する。また、ノード選択において優先となる条件が複数発生することもあるが、この場合は、ホップ数が多い経路の処理を最優先させる。
例えば、ホップ元ノードがノードＮＤ−６の場合には、このステップＳ２０５の処理により、ノードＮＤ−４から経路が優先される。その結果、図７の「４Ｒ先行」と記載されている列に示すように、ノードＮＤ−４の順番がノードＮＤ−１０の順番より優先される。

ステップＳ２０６：ホップ元ノードがコーディネータＣＤになるまで、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理を繰り返す。

ステップＳ２０７：コーディネータＣＤに接続された全てのノードとの通信が完了するまで、ステップＳ２０３〜Ｓ２０６の処理を繰り返す。

以上のような処理により、各ノードのウェイク時間を最短とすることができるデータの収集順番が決定される。

各エンドノードは、全収集単位時間のうちの、そのエンドノードについて決定された順番の個別収集単位時間をウェイク時間とされる。

各ルータのウェイク時間は、配下に位置するエンドノードの中の最も若い順番のエンドノードに割り当てられた個別収集単位時間の開始時刻を開始時刻とし、当該ルータの順番に割り当てられた個別収集単位時間の終了時刻を終了時刻とするように決定される。

図３の各ノードＮＤ−１〜ＮＤ−５のウェイク時間は、図５（Ａ）又は図５（Ｂ）に示す決定順番に基づいて、以上のようにして定められたものである。

（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、エンドノードだけでなく、中継ノードであるルータもスリープ時間とウェイク時間とを交互にとるようにしたので（言い換えると、ルータも間欠的な待ち受けを採用するようにしたので）、無線通信システム全体の省電力効果を従来より高めることができる。

ルータが間欠的な待ち受けを採用しても、配下のノードからのデータ収集を考慮してウェイク時間を定めたので、スリープ時間とウェイク時間との切替え回数を最小限にすることができ、ルータ内の制御を簡単なものとすることができる。

また、ノードの増廃設や通信経路の雑音等のために、ツリートポロジーに変更があったときも、コーディネータが新たなツリートポロジーに応じて、エンドノード及びルータのデータ収集順番やスリープ時間とウェイク時間とを新たに決定するようにしたので、上記効果を継続して発揮させることができる。

さらに、全てのノードからのデータ収集に要する時間は、１つのノードからのデータ収集に要する時間のノード数倍で良く、無線通信システム全体の通信時間を短いものとすることができる。

（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態においては、各ノード（エンドノード及びルータ）のデータ収集順番などをコーディネータが決定するものを示したが、コーディネータに接続されている外部装置等が決定するようにしても良い。

上記実施形態では、コーディネータと各ノードとの通信がデータ収集のための通信である場合を示したが、通信の目的はデータ収集に限定されるものではない。

図３のステップＳ１０３−１やステップＳ１０７−１に示す各ノードでのウェイク時間の配列は、これに限定されるものではなく、図３におけるものと対称なものであっても良い。例えば、ノードＮＤ−１のウェイク時間がノードＮＤ−２のウェイク時間より左側（早い時間側）にあるようにしても良い。

上記実施形態では、コーディネータＣＤは常時ウェイクしているものを示したが、コーディネータＣＤもスリープするものであっても良い。例えば、相前後する全収集単位時間の間でスリープするようにしても良い。図３で説明すると、ステップＳ１０３−１の収集動作とステップＳ１０３−２の収集動作との間で、コーディネータＣＤがスリープするようにしても良い。

上記実施形態では、ホップ数が大きい方からデータの収集順番を定める場合を示したが、ホップ数が小さい方からデータの収集順番などを定めるようにしても良い。要は、図２に示すようなツリートポロジーの場合に、図３に示すようなウェイク時間と収集順番（収集タイミング）とを定めることができる方法であれば良い。

図２（Ａ）のツリートポロジーの場合を例に、ホップ数が小さい方からデータの収集順番などを定める方法を説明する。

ノード数が５個であるので、５個の個別収集単位時間に各ノードを割り当てる。

コーディネータをホップ元ノードとしているノードは、ノードＮＤ−１とノードＮＤ−２であり、ノードＮＤ−１に配下のノードはなく（配下のノード数が０）、ノードＮＤ−２に配下のノード数は３ノードである。そこで、５個の個別収集単位時間を、ノードＮＤ−１に１個、ノードＮＤ−２に４個割り当てる（４個は連続して割り当てる）。これにより、ノードＮＤ−１については、データの収集順番とウェイク時間とが決定される。また、４個連続した個別収集単位時間が割り当てられたノードＮＤ−２に関して、この４個連続した個別収集単位時間をウェイク時間に決定する。さらに、４個連続した個別収集単位時間の最後（若しくは最初）の個別収集単位時間を、ノードＮＤ−２についてのデータの収集順番に決定する。

次に、配下にノードを有する次のホップ数に係るノードに着目する。図２（Ａ９の場合、該当するノードはノードＮＤ−２である。このノードＮＤ−２をホップ元ノードとしているノードは、ノードＮＤ−４とノードＮＤ−３である。ノードＮＤ−２に割り当てられた４個連続した個別収集単位時間のうち中継に供するのは、ノードＮＤ−２自体の収集用の個別収集単位時間を除外した３個連続した個別収集単位時間である。ノードＮＤ−４に配下のノードはなく（配下のノード数が０）、ノードＮＤ−３に配下のノード数は１ノードであるので、３個の個別収集単位時間を、ノードＮＤ−４に１個、ノードＮＤ−２に２個割り当てる（２個は連続して割り当てる）。これにより、ノードＮＤ−４については、データの収集順番とウェイク時間とが決定される。また、２個連続した個別収集単位時間が割り当てられたノードＮＤ−３に関して、この２個連続した個別収集単位時間をウェイク時間に決定する。また、２個連続した個別収集単位時間の最後（若しくは最初）の個別収集単位時間を、ノードＮＤ−３についてのデータの収集順番に決定する。

この段階で、順番が決定されていない個別収集単位時間もノードも１個であるので、その空いていた個別収集単位時間を残っていたノードＮＤ−５に割り当てる。

本発明が適用可能な無線ネットワークは限定されるものではなく、ツリートポロジーを採用しているものであれば良い。

ＣＤ…コーディネータ、ＮＤ−１〜ＮＤ−１６…ノード。

Claims (6)

1. Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置であって、
   上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行うものであり、
   上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置が上記Ｎ個の無線通信装置から情報を集約する以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知し、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせ、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させる
   ことを特徴とする集約装置。
2. 集約装置と、中継動作を行う無線通信装置と、当該中継動作を行う無線通信装置を介して集約装置と通信を行うエンドノードの無線通信装置とを備える無線通信システムにおいて、
   上記集約装置として、請求項１に記載の集約装置を適用し、上記中継動作を行う無線通信装置と上記エンドノードの無線通信装置の総数がＮ個であることを特徴とする無線通信システム。
3. 上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置とが協働して、リンク確立、経路確立を実行し、ツリートポロジーを間欠的に設定し直すことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 上記集約装置の制御下で、上記Ｎ個の無線通信装置の動作タイミングを同期化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の無線通信システム。
5. Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置に使用する通信順番・ウェイク時間決定方法であって、
   上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行うように決定するものであり、
   上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置と上記Ｎ個の無線通信装置とが通信を行う以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知し、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせ、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させる
   ことを特徴とする通信順番・ウェイク時間決定方法。
6. Ｎ個の無線通信装置がツリートポロジー状に接続されている無線通信網から情報を集約する集約装置に搭載されるコンピュータを、
   上記Ｎ個の無線通信装置との通信に供する個別通信単位時間をＮ個連続させた通信単位時間を間欠的に設定し、上記通信単位時間内で、上記Ｎ個の無線通信装置の全てと個別通信を行う第１の制御手段と、
   上記Ｎ個の無線通信装置との通信における上記個別通信単位時間が異なるように、上記Ｎ個の無線通信装置のそれぞれが通信動作を行うウェイク時間を決定し、上記集約装置が上記Ｎ個の無線通信装置から情報を集約する以前に当該ウェイク時間を上記Ｎ個の無線通信装置に通知する第２の制御手段と、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうち中継動作する無線通信装置に対して、その配下の無線通信装置の数に１加えた数の連続した個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間の最後（若しくは最初）の個別通信単位時間で上記集約装置と通信させると共に、他の個別通信単位時間で上記配下の無線通信装置から情報を受信して当該情報を上記集約装置へ逐次に転送する中継動作をさせる第３の制御手段と、
   上記Ｎ個の無線通信装置のうちエンドノードの無線通信装置に対して、上記集約装置との通信を中継する全ての上記無線通信装置において中継用時間となっている１つの個別通信単位時間を上記ウェイク時間として設定し、このウェイク時間で上記集約装置と通信させる第４の制御手段と
   して機能させることを特徴とする通信順番・ウェイク時間決定プログラム。

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